DE1235642B

DE1235642B - Arrangement for generating an electrical quantity analogous to the movement speed of a code raster scale

Info

Publication number: DE1235642B
Application number: DE1964L0049306
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Juergen Wilmowsky
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-11-17
Filing date: 1964-11-17
Publication date: 1967-03-02
Also published as: DE1235642C2

Description

Anordnung zur Erzeugung einer der Bewegungsgeschwindigkeit eines Coderastermaßstabes analogen elektrischen Größe Coderastermaßstäbe, die als Codescheiben oder als Codelineale ausgebildet sein können, werden insbesondere als Istwertgeber in Lageregelkreisen verwendet. Zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften derartiger Regelkreise ist die Bildung des Differentialquotienten der Regelgröße, hier also die Bewegungsgeschwindigkeit des Coderastermaßstabes, erforderlich.Arrangement for generating one of the movement speed of a code raster scale analog electrical size code rulers, as code disks or as code rulers can be designed, in particular, as an actual value transmitter in position control loops used. To improve the dynamic properties of such control loops is the formation of the differential quotient of the controlled variable, in this case the speed of movement of the code grid scale, required.

Je nach der vorliegenden Aufgabe können dazu Tachogeneratoren oder Wendekreisel herangezogen werden. Beide Lösungen bedingen jedoch eine zusätzliche Belastung des Meßorgans durch Vergrößerung von Reibung und/oder Trägheit sowie zusätzlichen Aufwand. Depending on the task at hand, tacho generators or Turning gyro can be used. However, both solutions require an additional one Loading of the measuring organ by increasing friction and / or inertia as well as additional Expenditure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Analogwert für die Bewegungsgeschwindigkeit eines Coderastermaßstabes unmittelbar aus dem Rastermaßstab, also ohne zusätzliche Meßorgane, zu gewinnen. Die Lösung gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß Torschaltungen vorgesehen sind, deren dynamische Eingänge von den Signalen einer Spur und deren vorbereitende Eingänge von den Signalen einer zweiten Spur des Coderastermaßstabes beaufschlagt werden und die Impulse erzeugen, deren Folgefrequenz der Geschwindigkeit entspricht und die je nach Bewegungsrichtung an zwei verschiedenen Ausgängen der Torschaltung erscheinen, und die an sich bekannter Weise ausgewertet werden, indem sie mittels Impulsformerstufen in Einheitsimpulse umgeformt und in einer Ausgabeschaltung in bipolare Impulse umgesetzt werden, deren Mittelwert hinter einem Tiefpaß die gewünschte elektrische Größe bildet. The invention is based on the object of the electrical analog value for the speed of movement of a code grid scale directly from the grid scale, thus without additional measuring organs to win. The solution is achieved according to the invention in that gate circuits are provided whose dynamic inputs from the signals one track and its preparatory inputs from the signals of a second track of the code grid scale are applied and generate the pulses, their repetition frequency corresponds to the speed and depending on the direction of movement at two different Outputs of the gate appear and evaluated in a manner known per se by converting them into unit pulses using pulse shaping stages and converting them into an output circuit can be converted into bipolar pulses, the mean value behind a low-pass filter forms the desired electrical quantity.

Es ist an sich bei Drehzahlmessern bekannt, proportional der Drehzahl und abhängig von der Drehrichtung Impulse zu erzeugen und sie mittels Impulsformerstufen in Einheitsimpulse umzuformen, die je nach Drehrichtung in bipolare Impulse umgewandelt werden. It is known per se in tachometers, proportional to the speed and to generate pulses depending on the direction of rotation and to generate them by means of pulse shaping stages to convert into unit pulses, which are converted into bipolar pulses depending on the direction of rotation will.

Bei der Erfindung handelt es sich nicht einfach um die Anwendung dieser bekannten Prinzipien bei der Geschwindigkeitsmessung von Codescheiben usw., sondern bei dieser Anwendung muß zunächst einmal die drehzahlproportionale Impulsfolge - richtungsabhängig - von dem Codemaßstab abgeleitet werden. Bei der bekannten Anordnung dagegen werden die drehzahlproportionalen, richtungsabhängigen Impulsfolgen durch die Einfachheit des Meßobjektes sofort durch die Geber angeliefert. The invention is not simply a matter of application these well-known principles for measuring the speed of code disks, etc., but in this application the speed-proportional pulse sequence must first be used - depending on the direction - can be derived from the code scale. With the known arrangement on the other hand, the speed-proportional, direction-dependent pulse sequences are carried out the simplicity of the test object delivered immediately by the donors.

An Hand eines Ausführungsbeispiels mit einer Codescheibe als Rastermaßstab wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig 1 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 2 den Verlauf der verschiedenen Spannungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel zum Blockschema nach Fig. 1. Using an exemplary embodiment with a code disk as a grid scale the invention is explained in more detail. It shows Fig. 1 is a block diagram of the invention Arrangement, F i g. 2 the course of the various voltages depending on the Angle of rotation to the block diagram according to FIG. 1.

Die F i g. 1 zeigt die Codescheibe 1, deren Spuren durch geeignete Mittel 2 abgetastet werden. Dabei ist die Art der Abtastung (photoelektronisch, magnetisch, mechanisch usw.) gleichgültig. Die Abtastmittel 2 besitzen jeweils zwei zueinander antivalente Ausgänge. Der Signalverlauf an den Ausgängen der Abtastmittel für die beiden feinsten Spuren in Abhängigkeit vom Drehwinkel ist in Fig. 2 in den Zeilen 1 bis 4 dargestellt. Voraussetzung für die folgenden Betrachtungen ist lediglich, daß die beiden feinsten Spuren den gezeigten Verlauf haben, während die Spuren höherer Wertigkeit hier nicht interessieren, also auch binärdezimal codiert sein können. The F i g. 1 shows the code disk 1, the tracks of which by suitable Medium 2 are scanned. The type of scanning (photoelectronic, magnetic, mechanical, etc.) indifferent. The scanning means 2 each have two mutually complementary outputs. The signal curve at the outputs of the scanning means for the two finest tracks as a function of the angle of rotation is shown in FIG. 2 in the Lines 1 through 4 are shown. The only prerequisite for the following considerations is that that the two finest traces have the course shown, while the traces are higher Valence is not of interest here, so it can also be coded in binary decimal.

Natürlich ist es auch möglich, eine Codescheibe mit einem Raster im Gray-Code und einen nachgeschalteten Gray-Binär-Umsetzer zu verwenden. Schließlich sind auch andere Anwendungsfälle denkbar, in denen das digitale Signal von anderen Quellen als von einem Winkelcodierer stammt.Of course, it is also possible to use a code disk with a grid in the Gray code and a downstream Gray binary converter must be used. In the end Other applications are also conceivable in which the digital signal from others Sources than comes from an encoder.

Den beiden Zuständen L und 0 sind definierte Spannungen zugeordnet. Als Beispiel werde angenommen: Zustand 0 entspricht 0 V, Zustand L entspricht V. Defined voltages are assigned to the two states L and 0. As an example, assume: State 0 corresponds to 0 V, State L corresponds to V.

Zeile 1 entspricht der feinsten Spur, und zwar dem sogenannten valenten Ausgang. Zeile 2 entspricht dem antivalenten Ausgang, in dem die Zustände und 0 gegenüber Zeile 1 vertauscht sind. Zeile 3 stellt den Verlauf der zweitfeinsten Spur valent, Zeile 4 antivalent dar. Line 1 corresponds to the finest trace, namely the so-called valent Exit. Line 2 corresponds to the complementary output in which the states and 0 are swapped with line 1. Line 3 represents the course of the second finest Trace valent, line 4 is complementary.

Die Ausgangsspannungen der Abtastmittel 2 gemäß den Zeilen 1 bis 4 werden, wie in F i g. 1 näher dargestellt, an vier Torschaltungen, bestehend aus je einem Kondensator, einer Diode und einem Widerstand, angelegt. The output voltages of the scanning means 2 according to lines 1 to 4, as in FIG. 1 shown in more detail, at four gate circuits, consisting of one capacitor, one diode and one resistor each.

Hierdurch werden aus den L-0 Flanken der Signale der zweitfeinsten Spur (Zeilen 3, 4) Impulse abgeleitet, während die Signale der feinsten Spur, Zeilen 1, 2, für die Trennung dieser Impulse entsprechend der Drehrichtung sorgen. So zeigt die Zeile 6 der Fig. 2 den Spannungsverlauf vor der Diode 3, der sich aus der Kombination der Zeilen 2 und 4 ergibt, und Zeile 5 das Entsprechende der Zeilen 1 und 3. This turns the L-0 edges of the signals into the second finest Track (lines 3, 4) pulses derived while the signals of the finest track, lines 1, 2, ensure that these pulses are separated according to the direction of rotation. So shows line 6 of FIG. 2 shows the voltage profile in front of diode 3 resulting from the combination of lines 2 and 4, and line 5 the equivalent of lines 1 and 3.

Hinter den dazugehörenden Dioden bleiben nur noch die ins Positive ragenden Impulse übrig. Faßt man die Ausgänge von je zwei Toren wie dargestellt zusammen, so erhält man Impulsfolgen nach Zeilen 7 und 8, wobei am Ausgang Zeile 7 Impulse z. B. nur bei Linksdrehung, am Ausgang Zeile 8 dagegen nur bei Rechtsdrehung auftreten. Diese Impulse werden monostabilen Kippschaltungen M (4, 5) zugeführt und von diesen in Impulse mit konstanter Dauer ti (Zeile 9,10) umgewandelt. Auf Anpassungsglieder 6,7 folgt eine Endstufe 8, die die getrennten Impulszweige wieder zusammenfaßt und am Ausgang bipolare Impulse liefert, deren Amplitude und Dauer konstant ist, und deren Vorzeichen der jeweiligen Drehrichtung entspricht (Zeile 11). Bei veränderlicher Drehgeschwindigkeit der Codierscheibe wird sich der Abstand der Impulse verändern. Der Mittelwert dieser Impulsfolge, über eine genügend große Zeit gebildet, ist nach Amplitude und Vorzeichen das gewünschte analoge Abbild für die Drehgeschwindigkeit der Co di erscheibe. Hierfür wird das Signal nach Zeile 11 durch einen passend dimensionierten Tiefpaß 9 geleitet, an dessen Ausgang der gesuchte Mittelwert erscheint (Zeile 12). Behind the associated diodes, only the positive ones remain outstanding impulses left. If you grasp the exits of two gates each as shown together, one obtains pulse sequences according to lines 7 and 8, whereby at the output line 7 impulses e.g. B. only when turning to the left, at output line 8, however, only when turning to the right appear. These pulses are fed to monostable multivibrators M (4, 5) and converted from these into pulses with constant duration ti (line 9,10). on Adaptation elements 6, 7 are followed by an output stage 8, which again has the separate pulse branches summarizes and delivers bipolar pulses at the output, their amplitude and duration is constant and its sign corresponds to the respective direction of rotation (line 11). If the speed of rotation of the coding disk changes, the distance will increase of impulses change. The mean value of this pulse train, over a sufficiently large one Time, is the desired analog image for amplitude and sign the speed of rotation of the Co di disk. For this, the signal after line 11 passed through a suitably dimensioned low-pass filter 9, at the output of which the The mean value searched for appears (line 12).

Die Grenzen des Verfahrens liegen einmal bei sehr kleinen Drehgeschwindigkeiten. Hier wird der Abstand zweier Impulse in Zeile 11 sehr groß, so daß hinter dem Tiefpaß nur noch einzelne, verschliffene Impulse auftreten. Bei hohen Drehgeschwindigkeiten muß dagegen die Impulsdauer t1 der beiden monostabilen Kippschaltungen entsprechend klein bemessen werden, da zur richtigen Mittelwertbildung die Impulse in Zeile nicht lückenlos aneinanderschließen dürfen. Schließlich ist je nach Anwendung des Verfahrens die Zeitkonstantebzw. Grenzfrequenz des Tiefpasses passend zu wählen. The limits of the method are on the one hand at very low rotational speeds. Here the distance between two pulses in line 11 is very large, so that behind the low-pass filter only single, smooth impulses appear. At high rotational speeds on the other hand, the pulse duration t1 of the two monostable multivibrators must correspond accordingly must be dimensioned small, since the pulses in the line are not used for the correct averaging be allowed to connect to one another without any gaps. Finally, it depends on the application of the procedure the time constant or The cut-off frequency of the low-pass must be selected appropriately.

Zu der angegebenen Schaltung nach Fig. 1 sind noch Verfeinerungen möglich. So wird die monostabile KippschaltungM vorteilhaft so ausgebildet, daß bei einer zu hohen Drehgeschwindigkeit, die keine Lücken zwischen den Impulsen (Zeile 9 und 10) mehr zulassen würde, der Ausgang ein Dauersignal liefert, was bei einer einfachen monostabilen Kippschaltung nicht gegeben ist. Damit ergibt sich eine echte Begrenzung der Ausgangsspannung, während sonst einzelne Impulse ausgelassen würden und der Zusammenhang zwischen Mittelwert und Winkelgeschwindigkeit mehrdeutig würde. Zum Schutz der Transistoren in der Endstufe können die Anpassungsglieder eine gegenseitige Verriegelung enthalten, die verhindert, daß beide Transistoren gleichzeitig leitend werden und zerstört werden können. Schließlich lassen sich noch andere Schaltungen für die Endstufe denken, insbesondere solche mit gegengekoppelten Gleichspannungsverstärkern, die gegenüber der Schaltung in F i g. 1 einen konstanten Quellwiderstand aufweisen, was für die Genauigkeit der Mittelwertbildung von Bedeutung ist. The circuit shown in FIG. 1 has been refined possible. Thus, the one-shot multivibrator M is advantageously designed so that if the rotation speed is too high, there are no gaps between the pulses (line 9 and 10) would allow the output to deliver a continuous signal, which is the case with a simple monostable multivibrator is not given. This results in a real one Limitation of the output voltage, while otherwise individual pulses would be left out and the relationship between mean value and angular velocity would be ambiguous. To protect the transistors in the output stage, the matching elements can be a mutual Latch included that prevents both transistors from conducting at the same time and can be destroyed. Finally, other circuits can be used think for the output stage, especially those with negative feedback DC voltage amplifiers, the opposite of the circuit in FIG. 1 have a constant source resistance, which is important for the accuracy of the averaging.

Claims

Claims: 1. Arrangement for generating one of the speed a code ruler (code disk or code ruler) analog electrical quantity, characterized in that gate circuits are provided whose dynamic inputs from the signals of one track and their preparatory inputs from the signals of one applied to the second track of the code grid scale and generate the pulses, whose repetition frequency corresponds to the speed and which depends on the direction of movement appear at two different outputs of the gate circuit, and the in itself can be evaluated in a known manner by converting them into unit pulses by means of pulse shaping stages transformed and converted into bipolar pulses in an output circuit, whose The mean value behind a low-pass filter forms the desired electrical quantity.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the pulses can be derived from the two finest traces of the code grid scale.

References considered: U.S. Patent No. 2,796 598; "Industrie-EIektronik" magazine, issue 3/1962, pp. 5 to 7; »VDI reports«, No. 78, 1964, pp. 91 to 97.